4. Некоторые нерешенные проблемы в конструктивном решении коллиматоров

Несмотря на многие годы исследований до настоящего времени не создана удовлетворительная конструкция коллиматора для детектирования 511-кэВ фотонов. Главная проблема при конструировании коллиматоров для высоких энергий заключается в прохождении излучения через материал коллиматора. Решение этой проблемы через увеличение толщины коллиматора и диаметра каналов создает только новые проблемы. В изображении появляются артефакты, связанные с видимостью структуры отверстий. Гантри большинства камер не могут поддерживать вес таких тяжелых коллиматоров.

Проблема видимости сетки отверстий, однако, является решаемой. Одно из возможных решений состоит в применении качания или вращения коллиматора, но оно требует дополнительного оборудования. Другое решение – создание нового плотного сплава или смеси веществ с высоким атомным номером. Повышение плотности позволило бы укоротить длину и сократить поперечные размеры отверстий, что в результате уменьшило бы количество артефактов. Альтернативный подход состоит в применении в конструкции коллиматоров вольфрамовых стержней и ванадиевых гильз, которые вводятся в свинцовый расплав. Такое решение не может полностью решить проблему, так как оценки показывают, что даже чисто вольфрамовые коллиматоры не могут полностью устранить артефакты, связанные со структурой отверстий. Однако применение урана в сочетании со свинцовым покрытием при конструировании коллиматоров могло бы уменьшить эффект видимости решетки отверстий до приемлемого на практике уровня. Наконец, этот эффект возможно минимизировать с помощью усовершенствований в геометрии коллиматора. Одна из нереализованных идей состоит в сужении поперечных сечений коллиматоров вблизи фронтальной и задней поверхностей коллиматора и оптимальной подстройки расстояния В между коллиматором и плоскостью изображения.

Следующей нерешенной проблемой является оптимизация КПК для анализа распределений р/н с полиэнергетическим спектром. Существующие методики оптимизации применяют критерий прохождения излучения через септу, который основан на использовании линейного коэффициента ослабления фотонов для конкретной энергии. Однако многие р/н, например ⁶⁷Ga, испускают фотоны с различными энергиями, и оптимизация параметров коллиматора для одной энергии не обязательно будет подходящей для фотонов с другой энергией. Оптимизация конструкции для наивысшей энергии тоже может оказаться неверным решением в случаях, когда выход фотонов с этой высокой энергией является малым. Но и игнорировать такую фракцию спектра будет неразумным, потому что эти высокоэнергетические фотоны могут "разлиться" по всему изображению, уменьшить контраст и создать больше отсчетов, чем низкоэнергетическая фракция спектра. Сложность данной проблемы не позволяет, таким образом, при проектировании коллиматоров полагаться на простые критерии, рассмотренные выше. В этом случае целесообразно для оптимизации конструкции провести всестороннее исследование с применением компьютерных программ лучевого анализа.

Остается нерешенной проблема оптимального конструирования конвергентных коллиматоров. Проектирование конусных и веерных коллиматоров является намного более сложной задачей, чем проектирование КПК. Разработка адекватного согласованного метода для определения расположения каналов и других геометрических параметров этих коллиматоров стала бы важным достижением в данной области.

И последнее, мало изученными являются вопросы проектирования коллиматоров для недавно разработанных многокристальных гамма-камер. Некоторые ученые утверждают, что более оптимальными для таких гамма-камер будут коллиматоры с каналами квадратного поперечного сечения [6, 7].